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神岡地下・地上における雷観測と宇宙素粒子実験への利用

公募研究

研究領域地下から解き明かす宇宙の歴史と物質の進化
研究課題/領域番号 22H04578
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関国立天文台

研究代表者

鷲見 貴生  国立天文台, 重力波プロジェクト, 特任助教 (30822283)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード雷 / 地下実験 / 神岡 / 気象 / インフラサウンド / 重力波実験 / ニュートリノ実験 / 暗黒物質探索実験
研究開始時の研究の概要

本研究では、神岡付近で発生する雷雲・落雷を電磁場・音波・放射線など多角的な手法で観測し、その情報を神岡地下で行われているニュートリノ実験、暗黒物質探索実験、重力波実験といった様々な世界最先端の宇宙素粒子実験、および気象研究に活用する。例えば、地下実験では非常に微弱な信号や稀過程を探索するため、落雷による突発性雑音や雷雲による接地電位の変動が問題となりうる。そのためこれらをモニターすることは重要である。また近年、雷雲による放射線現象を研究する高エネルギー大気物理学という分野が発展しており、神岡地下実験と組み合わせることで雷雲起因のニュートリノなど新たな発見が得られると期待できる。

研究実績の概要

2023年度の研究実績は、主に以下の3点である。
(1) KAGRAは2023年5月25日から6月21日までの4週間、LIGO-Virgoとの国際共同重力波観測(通称O4a)に参加した。この期間において、Blitzortungのネットワークにて11事象の落雷がKAGRAから300kmの範囲内に検知され、これらをすべてKAGRAの地下施設内の磁力計にて検出した。その内の2事象はKAGRAの重力波チャンネル(主干渉計信号)にもノイズとして検知されたことを確認した。さらにこの落雷磁場雑音を雑音注入試験に見立て、平時における環境磁場雑音の寄与を評価したところ、これが現在のKAGRAの感度よりも十分に小さいことが確認された。現在、この信号を用いて突発性環境雑音を重力波チャンネルの信号から解析的に差し引く手法の開発を進めている。
(2) 神岡地上2か所で運用しているインフラサウンドセンサーの信号を用いて、雷鳴による近傍(およそ10km程度)の落雷位置推定を試みた。その結果をBlitzortungによる電磁波(VLF)観測による位置推定結果と比較したところ、約5km程の差異が見られた。現在は今後のより高精度・効率的な観測に向け、インフラサウンドセンサーをさらに2台追加購入し、解析の自動化に取り組んでいる。
(3) 本研究にて取得した過去4年間の雨量データおよび3年間の地下水排水量データを整備した。また雨量データから地下水量データを推定するモデル式を提唱し、1週間の遅延時間と1か月の減衰時間によって観測データが比較的良く再現できることを示した。これらのデータを計画研究B01班の地下環境中性子フラックス測定と比較し、議論を行った。また、降雪期における雨量観測が不十分であることを確認したため、新たに積雪計を神岡地上に設置し運用を開始した。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 5件、 招待講演 6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Response of the underground environment of the KAGRA observatory against the air pressure disturbance from the Tonga volcanic eruption on January 15, 20222022

    • 著者名/発表者名
      T. Washimi, Y. Itoh et al
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2022 号: 11

    • DOI

      10.1093/ptep/ptac128

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The Current Status and Future Prospects of KAGRA, the Large-Scale Cryogenic Gravitational Wave Telescope Built in the Kamioka Underground2022

    • 著者名/発表者名
      H. Abe, H. Shinkai, KAGRA collaboration
    • 雑誌名

      Galaxies

      巻: 10 号: 3 ページ: 10-10

    • DOI

      10.3390/galaxies10030063

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Kamioka Lightning&Thundercloud observation and its application for the astroparticle experiments2024

    • 著者名/発表者名
      Tatsuki Washimi
    • 学会等名
      Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics 2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 神岡における雨・雪・地下水の観測2024

    • 著者名/発表者名
      鷲見貴生
    • 学会等名
      新学術 「地下宇宙」第9回極低放射能技術研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Physical Environment Monitoring (PEM), data taking and management in KAGRA2023

    • 著者名/発表者名
      Tatsuki Washimi
    • 学会等名
      Einstein Telescope - Site Preparation Board Workshop 3
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Underground Environment KAGRA2022

    • 著者名/発表者名
      T. Washimi
    • 学会等名
      Workshop on the development of innovative tools for new collaborations within gravitational wave detection experiments
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Tonga's volcano eruption signals measured by the evironmental monitoring systems of KAGRA Observatory2022

    • 著者名/発表者名
      T. Washimi
    • 学会等名
      GWADW2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Kamioka Lightning&Thundercloud observation and its application for the astroparticle experiments2022

    • 著者名/発表者名
      T. Washimi
    • 学会等名
      UGAP2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 大型低温重力波望遠鏡 KAGRAにおける環境モニターで観測されたトンガ噴火信号2022

    • 著者名/発表者名
      鷲見貴生
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022年大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 神岡で観測されたトンガ噴火信号2022

    • 著者名/発表者名
      鷲見貴生
    • 学会等名
      新学術「地下宇宙」第3回若手研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 神岡地下・地上における雷観測と宇宙素粒子実験への利用2022

    • 著者名/発表者名
      鷲見貴生
    • 学会等名
      新学術 「地下宇宙」第8回極低放射能技術研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] KAGRAにおける微気圧・低周波音響雑音モニター2022

    • 著者名/発表者名
      鷲見貴生
    • 学会等名
      日本物理学会2022年 秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] KAGRAの環境モニターが捉えたトンガの海底火山噴火

    • URL

      https://www.nao.ac.jp/news/topics/2022/20220210-gwpo.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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